(57)【要約】【課題】２段階ガス化装置及び原料自由度を有するガス化プロセスの提供。【解決手段】ガス化プロセスは、（ａ）液体炭化水素原料と、乾燥原料及び第１のスラリー状原料の少なくとも一方とを反応器下部へ投入する工程であって、上記乾燥原料及び第１のスラリー状原料の少なくとも一方は２つの第１供給ノズルから投入され、上記液体炭化水素原料は少なくとも２つの第２供給ノズルから投入される工程と、（ｂ）酸素含有ガス又は蒸気を含むガス流を用いて上記反応器下部の上記原料を部分的に燃焼させることで、熱を放出し、高温合成ガスを含む生成物を形成する工程と、（ｃ）工程（ｂ）で得られた上記高温合成ガスを反応器上部へ上昇させる工程と、（ｄ）第２のスラリー状原料を上記反応器上部へ投入することにより、上記高温合成ガスの熱が熱分解及びガス化反応を介して上記第２のスラリー状原料の反応を促進する工程とを有していてもよい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）液体炭化水素原料と、乾燥原料及び第１のスラリー状原料の少なくとも一方とを反応器下部へ投入する工程であって、上記乾燥原料及び第１のスラリー状原料の少なくとも一方は２つの第１供給ノズルから投入され、上記液体炭化水素原料は少なくとも２つの第２供給ノズルから投入される工程と、
（ｂ）酸素含有ガス又は蒸気を含むガス流を用いて上記反応器下部の上記原料を部分的に燃焼させることで、熱を放出し、高温合成ガスを含む生成物を形成する工程と、
（ｃ）工程（ｂ）で得られた上記高温合成ガスを反応器上部へ上昇させる工程と、
（ｄ）第２のスラリー状原料を上記反応器上部へ投入することにより、上記高温合成ガスの熱が熱分解及びガス化反応を介して上記第２のスラリー状原料の反応を促進する工程と
を有するガス化プロセス。
【請求項２】
上記液体炭化水素原料と、上記乾燥原料及び第１のスラリー状原料の少なくとも一方との上記反応器下部への投入は同時に行う、請求項１に記載のガス化プロセス。
【請求項３】
上記液体炭化水素原料の上記反応器下部への投入は断続的に行い、上記乾燥原料及び第１のスラリー状原料の少なくとも一方の投入は連続的である、請求項１に記載のガス化プロセス。
【請求項４】
上記少なくとも２つの第２供給ノズルの各液体炭化水素第２供給ベクトルは、上記反応器下部内において上記第１供給ノズルの第１供給ベクトルに対して垂直対称を維持するように配向している、請求項１に記載のガス化プロセス。
【請求項５】
上記少なくとも２つの第２供給ノズルからの上記液体炭化水素原料の供給の第２供給ベクトルと、上記第１供給ノズルからの上記第１の原料の供給の第１供給ベクトルとは、反応器下部本体の略中心である供給交点で交差する、請求項１に記載のガス化プロセス。
【請求項６】
上記少なくとも２つの第２供給ノズルからの上記液体炭化水素原料の供給の各第２供給ベクトルは、上記反応器下部本体の中心で交差し、上記反応器下部の一方の端部から他方の端部へと上記反応器下部本体の中心を通って直線を形成する、請求項５に記載のガス化プロセス。
【請求項７】
上記少なくとも２つの第２供給ノズルの第２供給ベクトルの少なくとも１つは、上記２つの第１供給ノズルの第１供給ベクトルに対して約±１〜４５度の角度を形成する、請求項１に記載のガス化プロセス。
【請求項８】
上記少なくとも２つの第２供給ノズルの第２供給ベクトルの少なくとも１つは、上記反応器下部の中心の奥行きにわたり延在する軸に対して約±１〜４５度の角度を形成する、請求項１に記載のガス化プロセス。
【請求項９】
上記少なくとも２つの第２供給ノズルは、空気、酸素富化空気、酸素、蒸気、又はこれらの混合物を用いて上記液体炭化水素原料を霧化する、請求項１に記載のガス化プロセス。
【請求項１０】
上記反応器下部へ投入される原料の総量は、６０重量％以下が液体炭化水素である、請求項１に記載のガス化プロセス。
【請求項１１】
上記液体炭化水素原料は、熱分解油、減圧残油、ピッチ、コールタール、低温ガス化プロセス由来のフェノール系物質、酸性ガス除去装置（ＡＧＲ）から得られたブローダウン溶媒、又はこれらの混合物を含む、請求項１に記載のガス化プロセス。
【請求項１２】
上記乾燥原料及び第１のスラリー状原料は、褐炭、亜瀝青炭、瀝青炭、石油コークス、チャー、及びこれらの混合物のうち少なくとも１種を含む、請求項１に記載のガス化プロセス。
【請求項１３】
（ａ）反応器下部本体と、
（ｂ）乾燥原料及び第１のスラリー状原料の少なくとも一方を投入するよう構成されており、上記反応器下部本体の対向する端部に配置されている２つの第１供給ノズルと、
（ｃ）液体炭化水素原料を投入するよう構成されており、上記反応器下部本体に配置されている少なくとも２つの第２供給ノズルと
を有する反応器下部；並びに
（ａ）反応器上部本体と、
（ｂ）乾燥原料及び第１のスラリー状原料の少なくとも一方を投入するよう構成されており、上記反応器上部本体に配置されている少なくとも１つの上部供給ノズルと、
（ｃ）出口と
を有する反応器上部
を有する２段階ガス化反応器。
【請求項１４】
上記少なくとも２つの第２供給ノズルは、上記反応器下部内において上記第１供給ノズルからの第１供給ベクトルに沿った供給に対して垂直対称を維持する各第２供給ベクトルに沿って供給するように配向している、請求項１３に記載の２段階ガス化反応器。
【請求項１５】
上記少なくとも２つの第２供給ノズル及び上記第１供給ノズルは、上記反応器下部本体の略中心である供給交点で交差する各供給ベクトルに沿って供給するように配向している、請求項１３に記載の２段階ガス化反応器。
【請求項１６】
上記少なくとも２つの第２供給ノズルは、上記反応器下部本体の対向する端部がそれぞれ同量の第２供給ノズルを有するように該端部に配置されている、請求項１３に記載の２段階ガス化反応器。
【請求項１７】
一方の端部にある各第２供給ノズルの各第２供給ベクトルは、反対側の端部にある第２供給ノズルの第２供給ベクトルと直線を形成するように配向している、請求項１６に記載の２段階ガス化反応器。
【請求項１８】
上記少なくとも２つの第２供給ノズルの第２供給ベクトルの少なくとも１つは、上記２つの第１供給ノズルの第１供給ベクトルに対して約±１〜４５度の角度を形成する、請求項１３に記載の２段階ガス化反応器。
【請求項１９】
上記少なくとも２つの第２供給ノズルの第２供給ベクトルの少なくとも１つは、上記反応器下部の中心の奥行きにわたり延在する軸に対して約±１〜４５度の角度を形成する、請求項１３に記載の２段階ガス化反応器。
【請求項２０】
反応器下部本体に少なくとも２つの第２供給ノズルを設置する工程を有し、上記少なくとも２つの第２供給ノズルは、上記反応器下部本体に液体炭化水素原料を投入することで、第１供給ノズルから投入される乾燥原料又はスラリー状原料で構成された第１原料を補充するためのものである、
２段階ガス化反応器を改善する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ガス化プロセスは、石炭、石油コークス、及び石油残留物等の固体又はスラリー状原料を合成ガスへ変換するのに広く使用されている。合成ガスは主に水素ガス（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）から構成されており、電力を生産するための燃料として、また水素、メタノール、アンモニア、合成／代替天然ガス、又は輸送用合成油等の化学物質を生産するための原料として利用されている。炭素質材料のガス化方法として、（１）固定床式ガス化、（２）流動床式ガス化、及び（３）懸濁式又は同伴式ガス化という３種の基本的なシステム及びプロセスが開発されている。本明細書の実施形態は３番目のシステムに関し、より具体的には、本明細書に示した実施形態は、炭素質材料をガス化するための２段階同伴式ガス化システム及びプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記２段階ガス化装置の設計によって示される可能性は、より低温の第２段階へのスラリー供給速度を最大化することで、第１段階ガス化装置で生成された熱を利用してスラリーから水を蒸発させることによって実現できる。第２段階ガス化装置から放出されたチャー及び未変換炭素は、その後、分離されて第１段階ガス化装置へ乾燥状態でリサイクルされるので、より高温の第１段階で必要な酸素量を最小化でき、ガス化装置の変換効率を最大化できる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本概要は、以下の詳細な説明に更に記載される一連の概念を紹介するために示される。本概要は、特許請求された主題の主要な又は必須の特徴を特定するものではなく、特許請求された主題の範囲を限定する際のよりどころとして使用されるものでもない。
【０００４】
一態様において、本明細書に開示した実施形態は、（ａ）液体炭化水素原料と、乾燥原料及び第１のスラリー状原料の少なくとも一方とを反応器下部へ投入する工程であって、上記乾燥原料及び第１のスラリー状原料の少なくとも一方は２つの第１供給ノズルから投入され、上記液体炭化水素原料は少なくとも２つの第２供給ノズルから投入される工程と、（ｂ）酸素含有ガス又は蒸気を含むガス流を用いて上記反応器下部の上記原料を部分的に燃焼させることで、熱を放出し、高温合成ガスを含む生成物を形成する工程と、（ｃ）工程（ｂ）で得られた上記高温合成ガスを反応器上部へ上昇させる工程と、（ｄ）第２のスラリー状原料を上記反応器上部へ投入することにより、上記高温合成ガスの熱が熱分解及びガス化反応を介して上記第２のスラリー状原料の反応を促進する工程とを有するガス化プロセスに関する。
【０００５】
他の態様において、本明細書に開示した実施形態は、反応器下部本体と、乾燥原料及び第１のスラリー状原料の少なくとも一方を投入するよう構成されており、上記反応器下部本体の対向する端部に配置されている２つの第１供給ノズルと、液体炭化水素原料を投入するよう構成されており、上記反応器下部本体に配置されている少なくとも２つの第２供給ノズルとを有する反応器下部；並びに反応器上部本体と、乾燥原料及び第１のスラリー状原料の少なくとも一方を投入するよう構成されており、上記反応器上部本体に配置されている少なくとも１つの上部供給ノズルと、出口とを有する反応器上部を有する２段階ガス化反応器に関する。
【０００６】
更に他の態様において、本明細書に開示した実施形態は、反応器下部本体に少なくとも２つの第２供給ノズルを設置する工程を有し、上記少なくとも２つの第２供給ノズルは、上記反応器下部本体に液体炭化水素原料を投入することで、第１供給ノズルから投入される乾燥原料又はスラリー状原料で構成された第１原料を補充するためのものである、２段階ガス化反応器を改善する方法に関する。
【０００７】
特許請求された主題の他の態様及び利点は、以下の記載及び添付した特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】従来の２段階ガス化反応器を採用したガス化システムの概要図である。
【図２】本開示の実施形態に係る２段階ガス化反応器の下部の半分を表す側面斜視図である。
【図３】本開示の実施形態に係る２段階ガス化反応器の下部の半分を表す上面斜視図である。
【図４】本開示の実施形態に係る２段階ガス化反応器の下部の半分を表す端面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
一態様において、本明細書に開示した実施形態は、概して、炭素質原料を合成ガス等の所望の気体生成物へ変換するガス化プロセスに関する。より具体的な態様において、本明細書に開示した実施形態は、炭素質材料を所望の気体生成物へ変換する際の原料自由度を有するガス化プロセスに関する。例えば、１つ以上の実施形態において、本明細書に開示したガス化プロセスは、液体炭化水素原料と、乾燥原料及びスラリー状原料の少なくとも一方とを同時にガス化装置の反応室内で利用できる。
【００１０】
図１は、概して参照番号１０で示される従来の２段階ガス化反応器を採用したガス化システムの実施形態を表す。上記ガス化システムは、反応器下部３０と反応器上部４０とを有する。上記ガス化プロセスの第１段階は反応器下部３０で起こり、上記ガス化プロセスの第２段階は反応器上部４０で起こる。反応器下部３０は第１段階反応域を画定し、第１段階反応域ともいう。反応器上部４０は第２段階反応域を画定し、第２段階反応域ともいう。
【００１１】
図１によれば、ガス化プロセスは、通常、第１反応域（又は反応器下部３０）内で開始され、その際、乾燥又はスラリー状炭素質原料が酸素含有ガス及び／又は蒸気を含むガス流と混合され、急速発熱反応が起こって炭素質原料が蒸気、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、及び灰（灰は炭素質原料の不燃性鉱物分で構成される）等の同伴粒子を含む第１混合生成物へ変換される。１つ以上の実施形態において、固体炭素質原料を（当該技術分野において公知ではあるが本開示の範囲外である方法によって）粉末化し、場合によってはスラリー化してから、ロックホッパーシステム（これに限定されない）等の供給システム１００へ投入してもよい。供給システム１００からの炭素質材料粒子を含む粉末化固体流は、供給ノズル６０及び／又は６０ａを通してガス化反応器１０の下部３０へ注入される。第１反応域３０の温度は灰融点より高く保持されるので、灰は融解及び凝集して、スラグとして知られる粘性液を形成する。スラグは反応器下部３０の底部へ落下して急冷室３２に流入する。スラグはそこで水冷され、最終処分用のスラグ処理システム（図示せず）へと向かう。
【００１２】
第１反応域で起こる第１燃焼反応は、以下のような高発熱反応である。
Ｃ＋１／２Ｏ２→ＣＯ
反応の発熱性によって、第１反応域の温度は２０００°Ｆ〜３５００°Ｆにまで上昇する。第１反応域で生成された熱はガス流と共に上昇するため、火の無い第２反応域で起こる供給水の気化、炭素−蒸気反応、及びＣＯ／Ｈ２Ｏ間の水−気体反応等の熱分解反応に対して熱が供給される。炭素−蒸気反応によってＣＯ及びＨ２が生成されるので、これらの有用な気体の収率が増加する。
【００１３】
反応器上部４０について、図１に図示した実施形態によれば、固体炭素質原料を（当該技術分野において公知ではあるが本開示の範囲外である方法によって）粉末化し、場合によってはスラリー化してから、供給システム１００へ投入するとともに、反応器下部３０へ供給してもよい。供給システム１００からの炭素質材料粒子を含む粉末化固体流は、上部供給ノズル８０又は追加の供給ノズル（図示せず）を通してガス化反応器１０の上部４０に注入できる。続いて、炭素質材料は、ガス化反応器１０の下部３０から上昇してきた（及びそこで生成された）高温合成ガスと接触する。上部４０に進入した炭素質材料は乾燥され、その一部が炭素−蒸気反応（Ｃ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ２）等の反応を介して熱分解及びガス化される。熱分解及びガス化反応は吸熱反応なので、炭素質材料と合成ガスとの混合物が上部４０内を上昇するにつれて該混合物の温度は低下する。未反応固体粒子（チャー等）及び第２の気体生成物流（合成ガス等）を含む第２混合生成物がガス化装置１０の上部４０の上端から放出されるまでに、第２混合生成物の温度は１２００°Ｆ〜２５００°Ｆの範囲、例えば１５００°Ｆ〜２０００°Ｆの範囲にまで低下する。
【００１４】
さらに、図１に示した実施形態によれば、反応器上部で生成された未反応固体粒子及び第２の気体生成物流を含む第２混合生成物は、反応器上部４０から放出され、熱回収装置１８０へと送られる。その後、冷却された合成ガスは粒子フィルタ装置５０へ投入される。粒子フィルタ装置５０内で第２の固体生成物流は分離され、出口７０から引き出される。第２の固体生成物流（主にチャーを含む）は、その後、供給ノズル９０及び９０ａを通してガス化装置１０の反応器下部３０へリサイクルし、供給ノズル６０及び６０ａから投入される炭素質原料を補充するのに使用してもよい。
【００１５】
さらに、図１によれば、粒子フィルタ装置５０から放出される気体生成物流５２は、水素、一酸化炭素、少量のメタン、硫化水素、アンモニア、窒素、及び二酸化炭素を含み、プロセス生成物を構成する。１つ以上の実施形態において、プロセス生成物流は粒子フィルタ装置５０から放出されて、最終用途のために更に処理（分離、洗浄等）される。
【００１６】
次いで、図２〜４を参照して、本開示の実施形態をより詳細に説明する。概して、ガス化反応器内で起こる反応は上述したものと同じであるが、ガス化反応器及びその動作を改変して原料自由度を向上させている。図２〜４は、２段階ガス化反応器の下部３０の半分を表す斜視図であり、図２は側面図、図３は上面図、図４は端面図を表す。これらの図面には、ｘ，ｙ，ｚデカルト座標系を表す破線（すなわち、ｘ軸２０６、ｙ軸２０８、ｚ軸２１０）とともに、２段階ガス化反応器の下部３０内の中心に位置するその原点２１２が含まれており、ｘ軸２０６は反応器下部の奥行きにわたり延在し、ｙ軸２０８は反応器下部の全長にわたり延在し、ｚ軸２１０は原点２１２から反応器上部４０の中心を通って垂直に配向している。この座標系は、２段階ガス化反応器の設計の詳細を十分に説明する上で有用である。
【００１７】
本開示のいくつかの実施形態によれば、第１供給ノズル６０は、２段階ガス化反応器の水平下部３０の各端部２０２において、ｙ軸２０８と略一致するように中央に配置されていてもよい。第１供給ノズル６０は、乾燥又はスラリー状炭素質原料を反応器下部３０へ投入することで、上述した燃焼プロセスで原料を反応させるものであってもよい。いくつかの実施形態において、第１供給ノズル６０に加えて少なくとも２つの第２供給ノズル２００ａ及び２００ｂを有していてもよく、この場合、２段階ガス化反応器の水平下部３０の各端部２０２には第２供給ノズルが少なくとも１つ配置される。
【００１８】
１つ以上の実施形態において、２段階ガス化反応器の水平下部３０の各端部２０２に１つ配置されるなど、少なくとも２つの第２供給ノズルを有していてもよい。いくつかの実施形態において、合計４つの第２供給ノズルとなるように各端部２０２に２つの第２供給ノズルを有していてもよい。第２供給ノズル２００ａ（及び存在する場合は２００ｂ）は、第２の液体炭化水素原料を反応器下部３０へ投入することで、上述した燃焼プロセスで原料を反応させるものであってもよい。いくつかの実施形態において、第２の液体炭化水素原料及び第１の乾燥又はスラリー状炭素質原料は、ほぼ同時に反応器下部３０へ投入してもよい。他の実施形態において、ガス化反応器の動作中、反応器下部３０への第２の液体炭化水素原料の投入は断続的に行ってもよく、第１の乾燥又はスラリー状炭素質原料の投入は連続的であってもよい。１つ以上の実施形態において、第１供給ノズル６０及び６０ａを介して第１の乾燥又はスラリー状炭素質原料を下部３０へ実質的に投入しなくてもよい。これらの実施形態において、乾燥又はスラリー状炭素質原料はノズル８０から上部４０に供給してもよく、下部３０には、第２供給ノズル２００ａ及び２００ｂから第２の液体炭化水素原料を供給すると共に、上部４０でリサイクルされた乾燥チャー及び灰を供給ノズル９０及び９０ａから供給してもよい。
【００１９】
さらに、図２〜４で示される通り、第２供給ノズル２００ａ及び２００ｂは、液体炭化水素の供給が反応器下部３０内において第１供給ノズル６０の第１供給ベクトル（ｙ軸マーカー２０８と近似）に対して垂直対称を維持するような第２供給ベクトル２０４ａ及び２０４ｂを介して反応器下部３０へ液体炭化水素原料を投入するように設計されている。第２供給ノズル２００ａ及び２００ｂの設計（２段階ガス化反応器の水平下部３０の端部２０２へのそれぞれの配置や、それらの供給ベクトル２０４ａ及び２０４ｂの配向等）は、灰の蓄積により起こり得る目詰まり等の損傷を回避しつつ、第１供給ノズル６０の第１供給ベクトル（すなわちｙ軸マーカー２０８）に沿った原料流の乱れを最小限にすることで、ガス化反応器内の流れ及び温度プロファイルを最適化する際に重要な工学的検討事項である。例えば、いくつかの実施形態において、第１供給ノズル６０並びに第２供給ノズル２００ａ及び２００ｂの設計によって、第１供給ノズル６０の第１供給ベクトル（すなわちｙ軸マーカー２０８）と第２供給ノズル２００ａ及び２００ｂの第２供給ベクトル２０４ａ及び２０４ｂとを座標系の原点２１２と近似した供給交点で交差させることができる。１つ以上の実施形態において、供給交点（すなわち原点２１２）は、第１供給ベクトル（すなわちｙ軸マーカー２０８）、ｘ軸マーカー２０６、及びｚ軸マーカー２１０が合流する点において反応器下部３０内の中心に位置していてもよい。
【００２０】
しかしながら、１つ以上の実施形態において、第２供給ノズルの第２供給ベクトルは、ｚ軸マーカー２１０上で原点２１２の位置よりも低い点（すなわち、反応器下部３０の底部により近い点）へと配向していてもよい。これらの実施形態において、第１供給ノズル６０の第１供給ベクトルは、原点２１２へと（すなわち、ｙ軸マーカー２０８に沿って）配向したままであってもよいし、ｚ軸マーカー２１０上で原点２１２の位置よりも低い点へ配向していてもよい（すなわち、ｚ軸２１０上では低いがｙ軸マーカー２０８とは平行なベクトルを形成していてもよい）。本段落で記載した一般的な配向によれば、急冷室３２へと続く領域周辺の温度を高くすることができるので、スラグを急冷室３２へ円滑に流しやすくなる。
【００２１】
通常、各第２供給ノズルの配置は互いに独立しており、反応器下部３０へ投入される供給物の各供給ベクトルが供給交点（すなわち原点２１２）で合流する限り、２段階ガス化反応器の水平下部３０の端部２０２のどこであってもよい。いくつかの実施形態において、第２供給ベクトル２０４ａ又は２０４ｂは、第１供給ベクトル（すなわちｙ軸マーカー２０８）に対して約±１〜４５度、いくつかの実施形態においては約±５〜３０度、更に別の実施形態においては約±１０〜２０度の角度を形成していてもよい。上記検討事項とは独立して、第２供給ベクトル２０４ａ又は２０４ｂは、ｘ軸マーカー２０６に対して約±１〜４５度、いくつかの実施形態においては約±５〜３０度、更に別の実施形態においては約±１０〜２０度の角度を形成していてもよい。また、第２供給ベクトル２０４ａ又は２０４ｂは、ｚ軸マーカー２１０に対して約±１〜４５度、いくつかの実施形態においては約±５〜３０度、更に別の実施形態においては約±１０〜２０度の角度を形成していてもよい。さらに、具体的な各供給ベクトルのアラインメントは、他の第２供給ベクトルのアラインメントと実質的に無関係であってもよい。しかしながら、第２供給ベクトルの対称性を適切に維持して反応器内で最適な流れ条件を得るためには、座標系に対して反対の角度を形成する相補的な第２供給ベクトルを有するように各第２供給ベクトルをアラインメントすることが必要な場合もある。例えば、第１供給ベクトル（すなわちｙ軸マーカー２０８）に対して４５度の角度を形成する第２供給ベクトルを有する第２供給ノズルが１つ存在する場合、第１供給ベクトル（すなわちｙ軸マーカー２０８）に対して−４５度の角度を形成する別の第２供給ノズルが存在することが有益なこともある。
【００２２】
１つ以上の実施形態において、一方の端部２０２の一方の第２供給ノズル２００ａ又は２００ｂからの原料の流れが、ガス化反応器の下部３０の反対側の端部（図示せず）に配置される別の第２供給ノズル（図示せず）からの原料の流れとは正反対である（すなわち、２つの原料ベクトルが一方の端部から他方の端部へと供給交点を通って直線を形成する）と、反応器内で最適な原料の流れ条件を得る際に有益なこともある。１つ以上の実施形態において、ガス化反応器の下部３０の各端部２０２に同じ数の第２供給ノズルが取り付けられ、各第２供給ノズルが、ガス化反応器の下部３０の反対側の端部にある別の第２供給ノズルの供給ベクトルとは正反対の供給ベクトルを有していてもよい。第２供給ノズルの供給ベクトルについての上記検討事項は、第２の液体炭化水素原料が反応器の内壁面と噴霧接触又は衝突する可能性を低減し、第１供給ノズルからの第１の乾燥又はスラリー状炭素質原料の材料破壊を低減し、且つ急冷室３２へと続く反応器下部３０周辺の領域において十分な温度（原料灰の灰融点より高い温度等）を確保することで、ガス化反応器の動作条件を最適化する際に役立ち得る。
【００２３】
第１供給ノズルにより反応器下部へ投入される乾燥又はスラリー状炭素質原料は、褐炭、亜瀝青炭、瀝青炭、石油コークス、ガス化反応器上部の生成物から分離されたチャー、及びこれらの混合物を含んでいてもよい。原料がスラリー状炭素質原料である場合、炭素質材料のための液体キャリアは水、液化ＣＯ２、液化石油、又はこれらの混合物を含んでいてもよい。第２供給ノズルにより反応器下部へ投入される液体炭化水素原料は、熱分解油、減圧残油、ピッチ（溶剤脱瀝ピッチ等）、コールタール、低温ガス化プロセス由来のフェノール系物質、酸性ガス除去装置（ＡＧＲ）から得られたブローダウン溶媒、又はこれらの混合物を含んでいてもよい。液体炭化水素原料は、より具体的には以下のように説明することもできる。減圧残油は、精製用原油スレートの高分子量／沸点画分であり、ピッチは、水素化分解の高分子量／沸点副生成物であり、フェノール系物質は、低温ガス化プロセス由来の合成ガスを冷却した際に生成される副生成物であり、ＡＧＲから得られたブローダウン溶媒は、ＡＧＲからパージする必要がある溶媒（アミン、グリコール、メタノール等）及び夾雑物（ＢＴＸ、タール、炭化水素等）を含む。
【００２４】
いくつかの実施形態において、液体炭化水素原料は、ガス化反応器下部に投入された全原料ブレンド（すなわち、乾燥又はスラリー状原料及び／又はリサイクルされた乾燥チャー＋液体炭化水素原料）の１０重量％以下、２０重量％以下、４０重量％以下、６０重量％以下、又は８０重量％以下であってもよい。１つ以上の実施形態において、ガス化反応器下部の第２供給ノズルは、窒素、リサイクルされた合成ガス、空気、酸素富化空気、酸素、蒸気、又はこれらの混合物を用いて液体炭化水素原料を霧化してもよい。ガス化反応器下部へ投入される液体炭化水素原料を霧化することは、全原料ブレンドの最適な燃焼を確保する上で重要な場合がある。
【００２５】
本開示の実施形態は、以下の利点のうち少なくとも１つを提供できる。ガス化プロセス内の原料自由度を高めることで、本明細書に記載の第２供給ノズルを有するガス化反応器の資本効率及び有用性を増大できる。また、上述した液体炭化水素原料のいくつかは、これらの原料を使用できない施設で生成される場合もある。このような場合、特定の液体炭化水素原料を回収し、他の場所へ輸送して販売、使用、又は破壊する。本開示の実施形態によれば、本明細書に開示したガス化プロセス／反応器においてこれらの原料の内部使用が容易になることで、液体炭化水素の輸送に係る潜在的なリスク及びコストや、（販売される場合は）不確実な市況を回避することができる。さらに、いくつかの実施形態において、反応器を停止させることなく、ガス化反応器下部に投入する液体炭化水素原料の量を変更することができるので、液体炭化水素原料を低減又は増加させたい場合や、液体炭化水素流が利用できなくなる場合にもガス化反応器を連続して動作させやすくなる。加えて、ガス化プロセス中に反応器下部本体へ液体炭化水素原料を投入して第１供給ノズルから供給される原料を補充できるようにガス化反応器の反応器下部本体に少なくとも２つの第２供給ノズルを設置するだけで、上述した方法で既存のガス化反応器の性能を向上させることが可能になると考えられる。
【００２６】
以上より、本開示は、低付加価値副生成物（液体炭化水素原料等）を用いたガス化による高付加価値生成物（Ｈ２）の生産を提供できるという利点を有する。水素は、脱硫や水素化分解等の原油の各種水素処理操作に必要であるため、精製環境において高付加価値生成物である。本開示とは対照的に、水素は精製環境において高付加価値の液体又は気体を改質（消費）して生産されることが多い。本明細書に開示したガス化プロセスでは、より幅広い原料で動作できる自由度が付与されるため、価値の低い原料を用いて水素を生産することができる。加えて、液体炭化水素原料は、所定の合成ガス生産量に対して消費する酸素が乾燥固体又はスラリー状炭素質原料よりも比較的少ないため、液体炭化水素原料で第１原料を補充すると、ガス化反応器内の総酸素消費量を低減するのに役立つ。
【００２７】
以上、いくつかの例示的な実施形態しか詳細に記載していないが、当業者であれば、本発明から大きく逸脱することがない限り、上記例示的実施形態に多くの改変を加えられることが容易に理解できるであろう。したがって、このような改変はいずれも、以下の特許請求の範囲で特定されるような本開示の範囲に含まれるものである。本出願人は、本願請求項のいずれの限定についても、請求項において「〜ための手段」という用語が関連する機能と共に明示的に使用されていない限り、米国特許法第１１２条（ｆ）は適用されないという意思をここに表明する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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